CN105356421A - 一种锂电池组充放电保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种锂电池组充放电保护电路，所述锂电池组正负极分别与外接电源或外部设备的正负极相连，所述保护电路包括电池管理模块、控制单元MCU，所述MCU一输出端口与放电控制信号放大器U2的输入端口相连，另一输出端口与充电控制信号放大器U1的输入端口相连，所述放电控制信号放大器U2的输出端口与放电MOSFET的栅极相连，所述充电控制信号放大器U1的输出端口与充电MOSFET的栅极相连，所述放电MOSFET及充电MOSFET的源极都接地。本发明解决了现有充电保护电路中MOSFET的源极没有接地，需要增加隔离电路对它进行驱动的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池组充放电保护电路。
背景技术
随着现代社会环保的要求，电池的应用越来越广泛，其中锂电池具有放电电压稳定、自放电率低、寿命长、能量密度大，重量轻，体积小等诸多优点，近年来被广泛利用。例如，在电动车、电动工具、太阳能发电、电源备电的领域有着广泛的应用。目前常用的锂电池充放电回路主要有两种方式：
1、充电和放电回路分开，常用领域：手机，PC，电动工具，电动车。
2、充电和放电回路共用，常用领域：UPS、太阳能逆变器、电源备电。此种回路方式请参见图1所示。
随着锂电池组充放电次数的增加，电池可能会过充、过放或不平衡等一系列故障，因此为了使锂电池组安全可靠的工作，通常会对锂电池组整体设置保护电路。针对上述充电和放电回路共用的回路方式，通常会采用如图2所示的继电器方式的保护电路。其工作原理大致如下：当检测到外部有电压时，闭合继电器，对电池组充电，在充电过程中，当检测到电池组充满后，断开继电器防止过充；当发现外部无电压时，闭合继电器，由电池向外放电，放电过程中，当检测到电池组放空后，断开继电器防止过放。
然后，这种继电器方式的保护电路，在电池充满情况下，继电器断开，在检测到外部掉电到继电器闭合有一个时差，会导致电压短时跌落，影响电路的可靠性和稳定性。
为解决上述问题，可采用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)的保护电路，如图3所示，在输出负极和电池负极串入2个反向放置的N沟道MOSFET，放电MOSFET的源极接电池负极，充电MOSFET的源极接输出负极。其工作原理大致如下：电池组充满后，关断充电MOSFET，由于MOSFET集成的二极管的原因，此时放电回路还是通的，不影响***对外放电；电池放空后，关断放电MOSFET，此时充电回路是通的，当外部有供电时，不影响***充电。
然而，由于图3中充电MOSFET的源极没有接地，需要增加隔离电路对它进行驱动。
发明内容
本发明实施例提供一种锂电池组充放电保护电路及方法，简化保护电路中驱动电路以降低***成本。
本发明实施例的锂电池组充放电保护电路，所述锂电池组正负极分别与外接电源或外部设备的正负极相连，所述保护电路包括电池管理模块、控制单元MCU，所述MCU一输出端口与放电控制信号放大器U2的输入端口相连，另一输出端口与充电控制信号放大器U1的输入端口相连，所述放电控制信号放大器U2的输出端口与放电MOSFET的栅极相连，所述充电控制信号放大器U1的输出端口充电MOSFET的栅极相连，所述放电MOSFET及充电MOSFET的源极都接地，其中：
所述电池管理模块，两端分别连接锂电池组及所述MCU，用于检测锂电池组的当前电压值；
所述MCU，用于将检测到的锂电池组的当前电压值与预设安全电压值范围进行比对；
所述MCU，还用于当所述当前电压值低于所述预设安全电压值范围时，释放低电平信号给放电控制信号放大器U2，所述低电平信号经放大后输出给放电MOSFET以控制放电MOSFET进入截止状态；及
所述MCU，还用于当所述当前电压值高于所述预设安全电压值范围时，释放低电平信号给充电控制信号放大器U1，所述低电平信号经放大后输出给充电MOSFET以控制充电MOSFET进入截止状态。
由于本发明实施例中提供的充放电保护电路采用的充电MOSFET和放电MOSFET源极都接地，无需额外增加驱动作用的隔离电路。因此，采用本发明实施例的锂电池组充放电保护电路可简化保护电路从而降低保护电路的***成本。
附图说明
图1为现有技术的充电和放电回路共用的电路示意图；
图2为现有技术的采用继电器方式的保护电路示意图；
图3为现有技术的采用MOSFET的保护电路示意图；
图4为本发明实施例一提供的锂电池组充放电保护电路示意图；及
图5为本发明实施例二提供的锂电池组充放电保护电路工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图4为本发明实施例一提供的一种锂电池组充放电保护电路，所述锂电池组充放电保护电路应用于充电领域以对锂电池组充电过程及放电过程提供电路保护以防止过充及过放，从而提高锂电池组的使用寿命。
由于本实施例中的充放电保护电路中采用了MOSFET来进行充放电过程的保护，因此现将充电过程中对电路保护的MOSFET称为充电MOSFET，将放电过程中对电路保护的MOSFET称为放电MOSFET。所述充电MOSFET及放电MOSFET可以是N沟道MOSFET。
如图所示，所述锂电池组充放电保护电路包括电池管理模块、控制单元MCU，所述MCU一输出端口与放电控制信号放大器U2的输入端口相连，所述放电控制信号放大器U2的输出端口与放电MOSFET的栅极G相连；另一输出端口与充电控制信号放大器U1的输入端口相连，所述充电控制信号放大器U1的输出端口与充电MOSFET的栅极G相连，所述放电MOSFET及充电MOSFET的源极S都接地。由于放电MOSFET及充电MOSFET的源极S都接地，因此无需额外去增加驱动作用的隔离电路，从而简化保护电路以降低***成本。
其中，放电MOSFET的漏极D与外接电源负极V-相连，充电MOSFET的漏极D与锂电池组负极相连。所述锂电池的正负极可以分别与外部电源或外部设备的正负极(V+，V-)分别连接以提供对锂电池进行充放电。
所述锂电池组至少包括串联连接的两组锂电池，以对外部设备提供足够电压。
其中所述电池管理模块，两端分别连接锂电池组及所述MCU，检测锂电池组的当前电压值，并将所述检测到的锂电池组的当前电压值传送到所述MCU。
所述MCU将检测到的锂电池组的当前电压值与预设安全电压值范围进行比对。所述预设安全电压值范围可以根据实际需求进行调整。在所述预设安全电压值范围内，所述锂电池组处于正常工作状态。
具体的，所述MCU将锂电池组当前电压值与预设安全电压值范围进行比对过程具体包括：判断锂电池组的当前电压值是否超过预设安全电压值范围；及当锂电池组的当前电压值超过预设安全电压值范围时，判断所述当前电压值是低于还是高于所述预设安全电压值范围。
示例性的，可以将预设安全电压值范围设为V1～V2(V1<V2)，锂电池组的当前电压值为V。若V1<V<V2时，则表明锂电池组当前电压值V处于预设安全电压值范围，锂电池组处于正常工作状态，所述MCU释放高电平信号给充电控制信号放大器U1及放电控制信号放大器U2，所述高电平信号经放大后输出给充电MOSFET及放电MOSFET以控制充电MOSFET及放电MOSFET进入导通状态。相反地，若V>V2或V<V1，则表明锂电池组当前电压值V超过预设安全电压值范围，锂电池组处于异常状态，所述MCU针对上述不同情况分别释放低电平信号以控制充电MOSFET或放电MOSFET进入截止状态以防止过充或过放。所述控制过程具体如下：
所述MCU在当所述当前电压值低于所述预设安全电压值范围时，即V<V1，释放低电平信号给放电控制信号放大器U2，所述低电平信号经放大后输出给放电MOSFET以控制放电MOSFET进入截止状态来防止电池组过放。由于放电MOSFET进入截止状态，放电回路I2不导通，锂电池组无法对外放电。
所述MCU在当所述当前电压值高于所述预设安全电压值范围时，即V>V2，释放低电平信号给充电控制信号放大器U1，所述低电平信号经放大后输出给充电MOSFET以控制充电MOSFET进入截止状态来防止电池组过充。由于充电MOSFET进入截止状态，充电回路I1不导通，锂电池组无法继续充电。
所述MCU又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(CentralProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC***、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。正常状态下，所述MCU的二输出端口的输出信号均为高电平，经由放电控制信号放大器U2及充电控制信号放大器U1后将放电MOSFET及充电MOSFET导通，此时表明锂电池组即可进行充电也可进行放电。
优选的，为了保证放电MOSFET处于截止状态时，保证充电回路I1导通，可在所述放电MOSFET上并联连接一个二极管，所述二极管的正极与充电MOSFET的源极S相连，所述二极管的负极与充电MOSFET的漏极D相连。此时放电MOSFET处于截止状态，不影响锂电池组进行充电。
优选的，为了保证充电MOSFET处于截止状态时，保证放电回路I2导通，可在所述充电MOSFET上并联连接一个二极管，所述二极管的正极与放电MOSFET的源极S相连，所述二极管的负极与放电MOSFET的漏极D相连。此时充电MOSFET处于截止状态，不影响锂电池组进行放电。
优选的，所述放电控制信号放大器U2及充电控制信号放大器U1是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。
本发明实施例的锂电池组充放电保护电路包括电池管理模块、控制单元MCU，所述MCU一输出端口与放电控制信号放大器U2的输入端口相连，所述放电控制信号放大器U2的输出端口与放电MOSFET的栅极相连；另一输出端口与充电控制信号放大器U1的输入端口相连，所述充电控制信号放大器U1的输出端口与充电MOSFET的栅极相连，所述放电MOSFET及充电MOSFET的源极都接地。由于本发明实施例的充放电保护电路采用的充电MOSFET和放电MOSFET源极都接地，无需额外增加驱动作用的隔离电路。因此，采用本发明实施例的锂电池组充放电保护电路可简化保护电路从而降低保护电路的***成本。
实施例二
图5为本发明实施例二提供的锂电池组充放电保护电路工作流程示意图。
步骤S501、电池管理模块检测锂电池组的当前电压值V。
步骤S502、控制单元MCU将检测到的锂电池组的当前电压值V与预设安全电压值范围进行比对以判断判断电池组的当前电压值是否超过预设安全电压值范围。所述预设安全电压值范围可以根据实际需求进行调整。在所述预设安全电压值范围内，所述锂电池组处于正常工作状态。
示例性的，可以将预设安全电压值范围设为V1～V2(V1<V2)。将检测到的锂电池组的当前电压值V与预设安全电压值范围V1～V2进行比对，若锂电池组的当前电压值V未超过预设安全电压值范围时，触发执行S506步骤；相反，若锂电池组的当前电压值V超过预设安全电压值时，解发执行S503步骤。
步骤S503、判断所述当前电压值低于还是高于所述预设安全电压值范围。若当前电压值V低于所述预设安全电压值V1，即V<V1，进行步骤S504；相反，若V>V2，则进入S505。
步骤S504、当所述当前电压值低于所述预设安全电压值范围时，即V<V1，所述MCU释放低电平信号给放电控制信号放大器U2，所述低电平信号经放大后输出给放电MOSFET以控制放电MOSFET进入截止状态。放电回路I2不导通，锂电池组无法对外继续放电。因此可防止锂电池组的过放以提高锂电池组的使用寿命。
相反，若V>V2，进入步骤S505、当所述当前电压值高于所述预设安全电压值范围时，即V>V2，所述MCU释放低电平信号给充电控制信号放大器U1，所述低电平信号经放大后输出给充电MOSFET以控制充电MOSFET进入截止状态。充电回路I1不导通，锂电池组无法继续充电。因此可防止锂电池组的过放以提高锂电池组的使用寿命。
优选的，在步骤S502中，若锂电池组的当前电压值V未超过预设安全电压值范围时，则执行S506步骤，所述MCU分别释放高电平信号给充电控制信号放大器U1及放电控制信号放大器U2，所述高电平信号经放大后输出给充电MOSFET及放电MOSFET以控制放电MOSFET及放电MOSFET进入导通状态。此时即可对锂电池组进行充电也可进行放电。
本发明实施例的充放电保护电路按照上述工作流程进行锂电池组充放电过程的保护以防止过充或过放从而增加锂电池组的使用寿命。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种锂电池组充放电保护电路，所述锂电池组正负极分别与外接电源或外部设备的正负极相连，所述保护电路包括电池管理模块、控制单元MCU，所述MCU一输出端口与放电控制信号放大器U2的输入端口相连，另一输出端口与充电控制信号放大器U1的输入端口相连，其特征在于，所述放电控制信号放大器U2的输出端口与放电MOSFET的栅极相连，所述充电控制信号放大器U1的输出端口充电MOSFET的栅极相连，所述放电MOSFET及充电MOSFET的源极都接地，其中：
所述电池管理模块，两端分别连接锂电池组及所述MCU，用于检测锂电池组的当前电压值；
所述MCU，用于将检测到的锂电池组的当前电压值与预设安全电压值范围进行比对；
所述MCU，还用于当所述当前电压值低于所述预设安全电压值范围时，释放低电平信号给放电控制信号放大器U2，所述低电平信号经放大后输出给放电MOSFET以控制放电MOSFET进入截止状态；及
所述MCU，还用于当所述当前电压值高于所述预设安全电压值范围时，释放低电平信号给充电控制信号放大器U1，所述低电平信号经放大后输出给充电MOSFET以控制充电MOSFET进入截止状态。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述MCU具体用于：
判断锂电池组的当前电压值是否超过预设安全电压值范围；及
当锂电池组的当前电压值超过预设安全电压值范围时，判断所述当前电压值是低于还是高于所述预设安全电压值范围。
3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述MCU具体用于：
当锂电池组的当前电压值未超过预设安全电压值范围时，释放高电平信号给充电控制信号放大器U1及放电控制信号放大器U2，所述高电平信号经放大后输出给充电MOSFET及放电MOSFET以控制充电MOSFET及放电MOSFET进入导通状态。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，还包括：
在所述放电MOSFET上并联连接一个二极管，所述二极管的正极与充电MOSFET的源极相连，所述二极管的负极与充电MOSFET的漏极相连；及
在所述充电MOSFET上并联连接一个二极管，所述二极管的正极与放电MOSFET的源极相连，所述二极管的负极与放电MOSFET的漏极相连。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述锂电池组包括至少串联连接的两组锂电池。
6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述充电MOSFET及放电MOSFET是N沟道MOSFET。
7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述放电控制信号放大器U2及充电控制信号放大器U1是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器组成。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area China Zuchongzhi Road (Shanghai) Free Trade Zone No. 73 Lane 887 Applicant after: Shanghai ZTE energy Polytron Technologies Inc Applicant after: SHANGHAI ZHONGXINGXIN ADVANCED MATERIAL CO., LTD. Address before: 201203 Shanghai City, Pudong New Area China Zuchongzhi Road (Shanghai) Free Trade Zone No. 73 Lane 887 Applicant before: Zhongxing (Shanghai) Pylon Technology Co., Ltd. Applicant before: SHANGHAI ZHONGXINGXIN ADVANCED MATERIAL CO., LTD. |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201203 Pudong New Area, Shanghai, China (Shanghai) free trade trial area, 887 Lane 73, Chong Chong Road. Applicant after: Shanghai PON energy Polytron Technologies Inc Applicant after: SHANGHAI ZHONGXINGXIN ADVANCED MATERIAL CO., LTD. Address before: 201203 Pudong New Area, Shanghai, China (Shanghai) free trade trial area, 887 Lane 73, Chong Chong Road. Applicant before: Shanghai ZTE energy Polytron Technologies Inc Applicant before: SHANGHAI ZHONGXINGXIN ADVANCED MATERIAL CO., LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160224 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |